Giáo trình Cơ sở cắt gọt kim loại - Chương 1: Những khái niệm cơ bản về cắt gọt kim loại

 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA 
 KHOA CƠ KHÍ 
 ********* 
GIÁO TRÌNH CƠ SỞ CẮT GỌT KIM LOẠI 
Dùng cho Sinh viên Khoa Cơ khí Đại học Bách Khoa 
 (Dùng lưu hành nội bộ và được cập nhật hàng năm học) 
Số tiết: 45 tiết lý thuyết theo niên chế. 
Số tín chỉ: 3 tín chỉ theo học chế tín chỉ. 
Các Giảng viên phụ trách và biên soạn: 
* GVC NGUYỄN THẾ TRANH 
* GVC TRẦN QUỐC VIỆT 
A. Phần lý thuyết 
Chương 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI 
Chương 2: NHỮNG YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA DỤNG CỤ CẮT KIM LOẠI 
Chương 3: BIẾN DẠNG VÀ MA SÁT KHI CẮT KIM LOẠI 
Chương 4: LỰC CẮT 
Chương 5: NHIỆT CẮT 
Chương 6: MÀI MÒN VÀ TUỔI BỀN DAO 
Chương 7: CHẤT LƯỢNG CHI TIẾT GIA CÔNG CƠ 
 B. Phần Bài tập và thí nghiệm 
Bài tập lớn: 01 bài - Xác định chế độ cắt khi gia công cơ và tính lực cắt. 
Bài thí nghiệm: 02 bài thí nghiệm: 
- Đo hệ số co rut phoi K và 
- Đo lực cắt PZ. 
C 1 KNCB CGKL 1 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 
Chương 1 
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẮT GỌT KIM LOẠI 
Gia công kim loại bằng cắt gọt là một phương pháp gia công kim loại rất phổ biến trong 
ngành cơ khí chế tạo máy. 
Quá trình cắt kim loại là quá trình con người sử dụng dụng cụ cắt để hớt bỏ lớp kim 
loại thừa khỏi chi tiết, nhằm đạt được những yêu cầu cho trước về hình dáng, kích thước, vị 
trí tương quan giữa các bề mặt và chất lượng bề mặt của chi tiết gia công. 
Lớp kim loại thừa trên chi tiết cần hớt bỏ đi gọi là lượng dư gia công cơ. 
Lớp kim loại đã bị cắt bỏ khỏi chi tiết gọi là phoi cắt. 
Hiểu biết và vận dụng tốt những kết quả nghiên cứu về cắt gọt giúp tạo ra các chi tiết, các 
sản phẩm cơ khí ngày càng hoàn hảo và nền cơ khí chế tạo hiện đại ngày càng phát triển. Mặt 
khác những thành tựu trong lĩnh vực nghiên cứu cắt gọt đã góp phần vào việc tính toán thiết kế 
máy, dao, đồ gá và công nghệ một cách chính xác và kinh tế. 
1.1. HỆ THỐNG CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG GIA CÔNG CẮT GỌT. 
Muốn hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, con người phải sử dụng một hệ thống thiết bị nhằm 
tách được lớp kim loại thừa khỏi chi tiết, đồng thời phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật đã cho 
trên bản vẽ. 
Hệ thống thiết bị dùng để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt đó được gọi là hệ thống công 
nghệ. Hệ thống công nghệ bao gồm: máy, dao, đồ gá và chi tiết gia công, thường được viết tắt 
là hệ thống M - D - G - C. Trong đó: 
Máy có nhiệm vụ cung cấp năng lượng và các chuyển động cần thiết cho quá trình cắt gọt. 
Dao trong hệ thống công nghệ có nhiệm vụ trực tiếp cắt bỏ lớp lượng dư ra khỏi chi tiết 
nhờ năng lượng của máy cung cấp thông qua các chuyển động tương đối. 
Đồ gá là một bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm vụ xác định và giữ vị trí tương 
quan chính xác giữa dao và chi tiết gia công trong suốt quá trình gia công chi tiết. 
Chi tiết gia công là một thành phần của hệ thống công nghệ - là đối tượng của quá trình 
cắt gọt. Mọi hậu quả của quá trình cắt đều được phản ảnh lên chi tiết gia công. 
Tất nhiên để hoàn thành nhiệm vụ cắt gọt, mỗi bộ phận của hệ thống công nghệ có nhiệm 
vụ riêng, đồng thời phải có mối quan hệ tác động lẫn nhau. 
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP CẮT GỌT KIM LOẠI. 
Bề mặt gia công trên chi tiết rất đa dạng, vì vậy phải có nhiều phương pháp cắt gọt để thoả 
mãn những yêu cầu đa dạng đó. 
Xuất phát từ mục đích nghiên cứu, sử dụng khác nhau, có nhiều cách phân loại các 
phương pháp gia công: 
Xuất phát từ nguyên lý tạo hình bề mặt ta phân ra phương pháp gia công chép hình, 
phương pháp gia công định hình,phương pháp gia công bao hình. 
Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật của chi tiết gia công ta có gia công thô, gia công bán tinh, 
gia công tinh và gia công bóng. 
Phổ biến hơn cả là phân loại theo máy gia công. Theo cách phân loại này ta có: Gia công 
trên máy tiện, gia công trên máy phay, gia công trên máy bào, gia công trên máy khoan, gia 
công trên máy mài... 
Ngoài ra còn căn cứ vào bề mặt gia công ta phân ra: gia công mặt phẳng, gia công mặt 
trụ ngoài, gia công lỗ, gia công rãnh... 
C 1 KNCB CGKL 2 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 
1.3. BỀ MẶT ĐƯỢC HÌNH THÀNH TRÊN CHI TIẾT TRONG QUÁ TRÌNH CẮT. 
Bất kỳ phương pháp gia công nào, quá trình hớt bỏ dần lớp lượng dư gia công cơ (quá 
trình cắt) đều hình thành trên chi tiết ba bề mặt có đặc điểm khác nhau. Xét tại một thời điểm 
nào đó trong quá trình gia công (khi tiện), ba bề mặt trên chi tiết được phân biệt như hình 1.1. 
Vïng c¾t
MÆt ®· gia c«ng
MÆt ®ang gia c«ng
MÆt sÏ gia c«ng
n
t
s
Hình 1.1 
Mặt sẽ gia công là bề mặt củ phoi mà dao sẽ cắt đến theo qui luật chuyển động. Tính chất 
của bề mặt này là tính chất bề mặt phoi. 
Mặt đang gia công là bề mặt trên chi tiết mà lưỡi dao đang trực tiếp thực hiện tách phoi. 
Trên bề mặt này đang diễn ra các hiện tượng cơ-lý phức tạp. 
Mặt đã gia công là bề mặt trên chi tiết mà dao đã cắt qua. Tính chất của bề mặt này là 
phản ảnh những kết quả của các hiện tượng cơ-lý trong quá trình cắt. 
Vùng cắt là phần kim loại của chi tiết vừa được tách ra sát mũi dao và lưỡi cắt cảu dao 
nhưng chưa thoát ra ngoài. Đây là vùng đang xảy ra các quá trình cơ-lý phức tạp. 
1.4. CÁC CHUYỂN ĐỘNG CẮT GỌT. 
Tuỳ thuộc vào phương pháp gia công, tuỳ thuộc vào yêu cầu tạo hình bề mặt, hệ thống 
công nghệ cần tạo ra những chuyển động tương đối nhằm hình thành nên bề mặt cần gia công. 
Những chuyển động tương đối nhằm hình thành bề mặt gia công gọi là 
 chuyển động cắt gọt. 
Những chuyển động cắt gọt được phân làm hai loại chuyển động: 
- Chuyển động chính 
- Các chuyển động phụ 
1.4.1. Chuyển động chính và tốc độ cắt v 
Chuyển động chính là chuyển động tạo ra phoi và tiêu hao năng lượng cắt lớn nhất. 
Chuyển động chính có thể là chuyển động quay tròn như tiện, khoan, phay, mài; 
cũng có thể là chuyển động tịnh tiến như bào, xọc, chuốt. 
MÆt ®· gia c«ng 
MÆt ®ang gia c«ng 
MÆt sÏ gia c«ng 
Vïng c¾t 
C 1 KNCB CGKL 3 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 
Chuyển động chính có thể là do các cơ cấu chấp hành khác nhau thực hiện. Ví dụ do chi 
tiết thực hiện như trong tiện; do dao thực hiện như trong bào, xọc, khoan, phay. 
Để đặc trưng cho chuyển động chính, ta sử dụng hai đại lượng: 
- Số vòng quay n (hoặc số hành trình kép) trong đơn vị thời gian. Số đo là vg/ph, htk/ph. 
Theo hệ ISO ký hiệu là S (Speed). 
- Tốc độ chuyển động chính hay gọi là vận tốc cắt (tốc độ cắt) ký hiệu là v. Đơn vị là 
m/ph. Riêng tốc độ cắt trong trường hợp mài lấy đơn vị là m/sec. 
Tốc độ cắt v là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương vận tốc cắt 
vr ứng với một đơn vị thời gian (ph). 
Nếu chuyển động chính là chuyển động quay tròn, thì giữa vận tốc cắt (v), số vòng quay n 
(vg/ph) và đường kính chi tiết D (mm) có quan hệ sau: 
1000
Dnv π= (m/ph) (1.1) 
Nếu chuyển động chính là chuyển động tịnh tiến, thì giữa vận tốc cắt v (m/ph), số hành 
trình kép n (hkt/ph) và chiều dài hành trình L (mm) có quan hệ sau: 
2
1000
Lnv = (m/ph) (1.2) 
1.4.2. Các chuyển động phụ 
Chuyển động phụ là những chuyển động tiếp tục tạo phoi. 
 Như ta đã biết: lớp lượng dư là một khối không gian, do vậy để tách hết lớp không gian 
đó thì số chuyển động tối thiểu phải được thực hiện theo ba phương của hệ trục toạ độ không 
gian vuông góc. 
Như vậy ngoài chuyển động chính cần phải có hai chuyển động nữa vuông góc với nhau 
và vuông góc với phương chuyển động chính. 
Hai chuyển động này trong cắt gọt kim loại là chuyển động chạy dao và chuyển động theo 
phương chiều sâu cắt. (hình 1.1) 
1. Chuyển động chạy dao và lượng chạy dao s. 
Chuyển động chạy dao là một chuyển động phụ nhằm cắt hết lượt trên bề mặt chi tiết. 
Phương chuyển động chạy dao được ký hiệu là sr . 
Để đặc trưng cho chuyển động chạy dao, thường dùng các đại lượng: 
- Lượng chạy dao, ký hiệu là s, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo 
phương chạy dao tương ứng với 1 vòng quay (hoặc 1 hành trình kép) của chuyển động chính. 
Đơn vị đo là mm/vòng hoặc mm/htk. 
- Tốc độ chạy dao, ký hiệu là vs, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo 
phương chạy dao ứng với một đơn vị thời gian. Đơn vị tính là mm/ph. Theo ISO ký hiệu là F. 
- Lượng chạy dao răng. Khi dao có nhiều lưỡi cắt (nhiều răng dao) thì ngoài lượng chạy 
dao s, tốc độ chạy dao vs, ta còn dùng khái niệm lượng chạy dao răng để biểu thị chuyển động 
chạy dao, ký hiệu là sz, là lượng dịch chuyển tương đối giữa dao và chi tiết theo phương chạy 
dao ứng với khi dao quay một góc răng dao, ví dụ trong trường hợp phay. Đơnvị tính là 
mm/răng. 
Với những định nghĩa trên ra có mối quan hệ giữa vs, s và sz, như sau: 
. . .s zv s n s Z n= = [mm/ph ] (1.3) 
Z: là số răng hoặc số lưỡi cắt trên dao. 
C 1 KNCB CGKL 4 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 
2. Chuyển động theo phương chiều sâu cắt và chiều sâu cắt 
Chuyển động theo phương chiều sâu cắt là một chuyển động phụ nhằm cắt hết chiều dày 
lớp lượng dư gia công cơ. 
Chuyển động chiều sâu cắt là chuyển động gián đoạn được thực hiện sau mỗi lần chạy 
dao. 
Đại lượng do chuyển động chiều sâu cắt là chiều sâu cắt t, là lượng dịch chuyển tương đối 
giữa dao và chi tiết theo phương chiều sâu cắt ứng với mỗi lần chạy dao. Đơn vị tính là mm. 
Trong cắt gọt kim loại người ta gọi các đại lượng đặc trưng của chuyển động chính và các 
chuyển động phụ (v,s,t) là chế độ cắt khi gia công cơ. 
1.5. LỚP CẮT VÀ TIẾT DIỆN LỚP CẮT. 
Lớp kim loại bị hớt bỏ đi ứng với một vòng quay hay một hành trình kép của chuyển động 
chính gọi là lớp cắt. 
Nếu cắt lớp cắt bằng một mặt phẳng chứa lưỡi cắt và vuông góc với vectơ vận tốc cắt vr ta 
sẽ nhận được những tiết diện lớp cắt. (hình 1.2) 
Hình 1.2: Các loại tiết diện lớp cắt khi tiện 
Tiết diện lớp cắt có ý nghĩa quan trọng trong công tác nghiên cứu cắt gọt kim loại. 
Từ hình 1.2 ta dễ dàng nhận thấy độ lớn của tiết diện lớp cắt (diện tích) được đặc trưng bởi 
hai cặp kích thước: a,b và s,t. 
Trong đó: 
a là chiều dày lớp cắt là một kích thước của tiết diện lớp cắt được đo theo phương vuông 
góc với lưỡi cắt chính - tính bằng mm. 
b là chiều rộng lớp cắt là một kích thước khác của tiết diện lớp cắt, b chính là chiều dài 
cắt thực tế của lưỡi cắt - tính bằng mm. 
s và t là hai thông số của các chuyển động phụ. 
Cũng từ hình 1.2 rõ ràng là: Trong trường hợp cắt a thì a # s, t # b và giữa chúng có mối 
quan hệ sau: 
a = s.sinϕ, b = t/sinϕ 
Trường hợp b. thì a = s và t = b. Đặc biệt trong trường hợp c. thì chiều dày cắt a thay đổi 
trên suốt chiều dài làm việc thực tế của lưỡi cắt. Để đặc trưng chiều dày cắt, người ta dùng khái 
niệm chiều dày cắt trung bình - ký hiệu là atb. 
Ta gọi q là diện tích tiết diện lớp cắt - đơn vị tính là mm2, thì theo hình 1.2, một cách tổng 
quát ta có thể viết: 
. .tbq s t a b= = (mm2) (1.4) 
n
s
t
b
tsα
γ
a o
n
s
t
ao
t
s
b
s
t
b
n
t
sα
C 1 KNCB CGKL 5 GVC NGUYỄN THẾ TRANH - TRẦN QUỐC VIỆT 
Từ (1.4) ta có: .tb
s ta
b
= (mm) (1.5) 
Cần nhấn mạnh là: độ lớn của tiết diện lớp cắt được đặc trưng bằng hai cặp thông số s,t và 
a,b. Trong đó chiều rộng cắt b là chiều dài thực tế của lưỡi cắt, và chiều dày cắt a là chiều dày 
lớp kim loại cần tách trong một lần chạy dao. Đây là hai thông số mà độ lớn của nó ảnh hưởng 
rất lớn đến quá trình cắt gọt. Vì vậy trong nghiên cứu cắt gọt, người ta dùng hai thông số này để 
giải thích nhiều hiện tượng cơ-lý phức tạp xảy ra khi cắt kim loại. Cũng chính vì vậy mà hai 
thông số chiều dày cắt và chiều rộng cắt có ý nghĩa vật lý quan trọng trong công tác nghiên cứu. 
Tuy vậy a và b là hai thông số không thể nhận được bằng cách điều chỉnh máy, mà băng điều 
chỉnh máy thì chỉ có thể nhận được chiều sâu cắt t và lượng chạy dao s. 
Xuất phát từ yêu cầu lý thuyết giải thích bản chất quá trình cắt gọt xà xuất phát từ yêu cầu 
điều chỉnh sử dụng thực tế mà người ta phải đồng thời sử dụng hai cặp thông số đặc trưng cho 
tiết diện lớp cắt.